Расчет коэффициента экранирующего действия

2.3 Расчет коэффициента экранирующего действия

Наличие заземленного экранирующего провода, расположенного вблизи контактной подвески, и усиливающего провода приводит к снижению напряженности электрического поля в окружающем пространстве, а следовательно, к уменьшению электрических влияний на смежные сооружения. Степень снижения этих влияний зависит от взаимного расположения тяговой сети и смежной линии. В отдельных случаях для получения наибольшего эффекта рекомендуется изменить геометрию подвески экранирующего провода на конкретном участке.

Снижение магнитных влияний тяговой сети с ЭУП на смежные линии можно оценить коэффициентом экранирующего действия:

IK

IЭ

К_Э = 1 - , (2.8)

где I_Э - ток, протекающий в контуре экранирующий провод – земля, А;

I_K - ток, протекающий в контуре контактный провод - земля, А

Для определения величин токов I_Э, I_K воспользуемся расчетной схемой, которая приведена на рис. 2.4.

На рис. 2.4. показана схема расположения проводов на опоре контактной сети для однопутного участка (в данном случае будем вести упрощенный расчет и считать, что влиянием второго пути на смежное сооружение можно пренебречь). В этой схеме контактный провод и несущий трос заменены одним эквивалентным проводом.

Нa рис. 2.4. использованы следующие обозначения:

Z_K , Z_Y, Z_Э, Z_P - соответственно сопротивления контуров: контактная подвеска - земля, усиливающий провод - земля, экранирующий провод - земля;

эквивалентный рельс-земля;

I_K, I_Э, I_У, I_Р – соответственно токи : контактной подвески, усиливающего фидера, экранирующего провода, рельса;

z_ук, z_уэ, z_эк - соответственно сопротивления взаимной индукции между усиливающим проводом и контактной подвеской, усиливающим проводом и экранирующим проводом, и экранирующим проводом и контактной подвеской;

z_кр, z_ур, z_эр - соответственно сопротивления взаимной индукции между контактной подвеской и рельсами, усиливающим проводом и рельсами, экранирующим проводом и рельсами.

С погрешностью, не превышающей 1,5 % можно принять z_кр= z_ур=z_эр= z_н. Это равносильно предположению, что ток рельсовой цепи индуктирует одинаковые по величине и фазе ЭДС во всех проводах тяговой сети и не оказывает влияния на распределение токов между ними.

Для этой схемы справедлива следующая система уравнений:

U_K= I_KZ_К +I_y Z_ук - I_EZ_KE– I_PZ_KP;

U_y= I_yZ_y + I_KZ_KY – I_EZ_YE– I_pZ_yp;

U_E = I_EZ_E + I_PZ_EP – I_KZ_EK – I_YZ_YE (2.9)

U_P = I_PZ_P + I_EZ_EP – I_KZ_KP – I_YZ_YP;

где U_K, U_y,U_E, U_P – падения напряжения на 1 км длины контуров соответственно контактная подвеска – земля, усиливающий провод – земля, экранирующий провод – земля, эквивалентный рельс – земля, В/км.

Сопротивления контуров проводник – земля и взаимной индукции Z_М между каждой парой таких контуров вычисляют соответственно по формулам:

Z_{пр – земля} = R_o + 0.05 + j *( 0.145lg + 0.016 ), (2.10)

где R_о  - активное сопротивление провода длинной 1 км, Ом/км;

 D_э – эквивалентная глубина возврата тока в земле, м;

r_пр – радиус провода, м.

, (2.11)

где f – частота тока, Гц;

y_з – удельная проводимость земли, y_з = 0,5*10 ^{– 3}, См/м;

=4168 м.

, (2.12)

где D – расстояние между центрами двух проводников, м;

m_о – магнитная постоянная, m_о= 4p * 10 ^{– 7} Гн/м;

w - угловая частота, w = 2pf =2p * 50 = 314 с ^{- 1}

Определенные по формулам (2. 10) и (2.12) значения сопротивлений, а также значения сопротивлений 1 км контактной подвески и рельсовой цепи, определенные в соответствии с [3] приведены в табл. 2.16.

Таблица 2.16.

Zук, Ом/км	Zуз, Ом/км	Zэк, Ом/км	Zк, Ом/км	Zэ, Ом/км	Zр, Ом/км	Zн, Ом/км
0.05+j 0,472	0,05+J 0,58	0,05+j 0,483	0,094+J 0,284	0,211+j 0,404	0,11+j 0,252	0,05+j 0,354

Неизвестными в приведенной системе уравнений являются токи и падения напряжения. Однако известно, что U_к = U_у, U_э = U_р вследствие параллельного соединения контуров.

Решая систему уравнений (2.9), получим соотношения, позволяющие расчитать распределение токов между отдельными элементами тяговой сети;

, (2.13)

, (2.14)

Пользуясь формулами (2.13), (2.14) можно написать:

 , (2.15)

Теперь можно подсчитать коэффициент экранирования, подставив значения сопротивлений, приведенных в табл.2.16.

В результате получим К_Э = 0,58

Для тяговой сети с ЭУП знамение коэффициента экранирования находится в пределах К_Э =0,55-0,6.

Таким образом, полученное знамение коэффициента экранирования удовлетворяет предъявленным требованиям и лежит в указанных пределах.

Эффект снижения магнитного влияния на смежные сооружения был подтвержден экспериментально . Хотя при этом следует отметить, что в качестве усиливающего и экранирующего проводов брались провода ДПР марки ПБСМ-50 и расстояние между ними было не 800 мм, 1.5 м. Но и в этом случае было замечено снижение магнитных влияний на смежные сооружения. Как уже отмечалось, мы вели расчет коэффициента экранирующего действия для однопутного участка. Следует отметить» что для двухпутных участков степень снижения магнитных влияний на 20 - 25 % выше вследствие наличия экранирующих проводов и на втором пути.